Análisis sísmico con métodos modal espectral y tiempo historia para un modelo integrado de turbo generador de 375 MW, NCh2369 actualizada

Abstract

El avance en la investigación y tecnología del equipamiento mecánico ha conducido al desarrollo de equipos más eficientes, pero a su vez de mayor complejidad. En el caso de la ingeniería civil, sus métodos de análisis y modelos permitidos por los softwares, en particular en la ingeniería sísmica de equipos, en la cual se debe cumplir con los límites operacionales que impone el fabricante del equipo, ya sea en su comportamiento dinámico con operación normal, operación de emergencia y operación con sismo. En Chile, estos problemas ocurren en proyectos de gran envergadura como es el caso de las centrales termoeléctricas, en donde las normas de diseño estructural y sísmico no siempre abordan el análisis de interacción de la estructura de soporte y los componentes mecánicos del equipo. Sin embargo se ha desarrollado una actualización de la norma NCh2369, la cual se encuentra en estado de consulta pública por el INN, que exige un nuevo método de análisis mediante el Modelo Integrado de Análisis de Turbo Generador (MIATG). Esta metodología de análisis permitirá obtener resultados más precisos de verificación de los límites operacionales del equipo y considerando la interacción suelo-estructura-equipo. En este trabajo de título se crea un modelo computacional según los requisitos que impone el MIATG en la actualización de la norma, considerando información de condiciones de sitio, estructura y equipo de un proyecto construido, entregado para esta investigación. El modelo considera una mesa de fundación (estructura soportante), el equipo turbo generador, la interacción suelo-estructura a través de resortes y las cargas existentes vivas y muertas. Adicional a lo anterior, se utilizan dos programas de modelamiento estructural para cumplir con los objetivos de la memoria: SAP2000 v.19 y ANSYS apdl. La investigación considera el desarrollo del modelo en dos versiones: la primera considerando propiedades de rigidez y amortiguamiento simétricas en los descansos del rotor del equipo, en tanto la segunda versión considerando las propiedades de rigidez y amortiguamiento asimétricas en los descansos del rotor entregas por el fabricante del equipo. Los modelos se analizan en unos puntos de control en el eje longitudinal del rotor, a través de dos métodos de análisis dinámico: modal espectral y tiempo-historia utilizando registros sísmicos de aceleraciones reales de la zona, de acuerdo a la norma actualizada NCh2369. Los resultados de desplazamiento en los puntos de control del rotor demuestran que la importancia del mallado en un modelo integrado presenta un límite óptimo. También es importante tener presente el rango de diferencia de las respuestas de desplazamiento entre los programas de análisis que se utilizan para comparar resultados con un mismo modelo. Por otra parte, los métodos de análisis dinámicos aplicados en el modelo integrado para la obtención de los desplazamientos en el rotor difieren en sus resultados, dado que el método de análisis modal espectral entrega respuestas mayores al método de análisis tiempo-historia. En cuanto a las propiedades dinámicas de los descansos del rotor, la utilización de las propiedades con una matriz simétrica entrega respuestas de desplazamiento en los puntos de control del rotor menores que las respuestas de desplazamiento utilizando propiedades con una matriz asimétrica.